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1、土石坝稳定计算土石坝稳定计算第1页，共85页，编辑于2022年，星期五第四节第四节 土石坝的稳定分析土石坝的稳定分析一、概述一、概述二、土料抗剪强度指标的选取二、土料抗剪强度指标的选取三、坝坡稳定计算工况和安全系数的采用三、坝坡稳定计算工况和安全系数的采用四、坝坡稳定分析方法四、坝坡稳定分析方法第2页，共85页，编辑于2022年，星期五 土石坝由松散体构成，剖面大，是局部坝坡滑动。土石坝由松散体构成，剖面大，是局部坝坡滑动。常见几种滑裂形式：常见几种滑裂形式：（1 1）曲线滑动面）曲线滑动面 滑动面为曲线面。近似圆弧：分析时滑动面为曲线面。近似圆弧：分析时以圆弧面代替。以圆弧面代替。（2 2）
2、直线或折线滑动面）直线或折线滑动面 这种滑动面多数发生在非粘性土这种滑动面多数发生在非粘性土料的坝坡。料的坝坡。（3 3）复合滑动面）复合滑动面 当坝基表面有软弱夹层时，滑动面上部当坝基表面有软弱夹层时，滑动面上部呈弧形滑动、下部能呈直线滑动的复合滑动形式。呈弧形滑动、下部能呈直线滑动的复合滑动形式。第四节第四节 土石坝的稳定分析土石坝的稳定分析一、概述一、概述第3页，共85页，编辑于2022年，星期五第4页，共85页，编辑于2022年，星期五第5页，共85页，编辑于2022年，星期五1 1确定抗剪强度指标的计算方法确定抗剪强度指标的计算方法 抗剪强度指标的计算方法有总应力法和有效应力法抗剪强
3、度指标的计算方法有总应力法和有效应力法 对于各种计算工况，土的抗剪强度都可采用有效应力法按下对于各种计算工况，土的抗剪强度都可采用有效应力法按下式确定：式确定：对于粘性土在施工期或库水位降落期（中、低坝），也可对于粘性土在施工期或库水位降落期（中、低坝），也可用总应力法，按下式确定：用总应力法，按下式确定：土体的抗剪强度土体的抗剪强度 孔隙水压力；孔隙水压力；不排水剪的总强度指标；不排水剪的总强度指标；固结不排水剪的总强度指标。固结不排水剪的总强度指标。二、土料抗剪强度指标的选取二、土料抗剪强度指标的选取第6页，共85页，编辑于2022年，星期五2 2抗剪强度指标的测定方法及仪器使用规定筑坝土
4、料抗剪强度指标的测定方法及仪器使用规定筑坝土料的抗剪强度应采用三轴仪测定。的抗剪强度应采用三轴仪测定。IIIIII级中低坝，可用直剪仪级中低坝，可用直剪仪慢剪试验测有效强度指标慢剪试验测有效强度指标对于对于K10-7cm/SK1.30K1.30，其其他他情情况况应应比比表表3-113-11规规定定的的数值减少数值减少8%8%。第10页，共85页，编辑于2022年，星期五圆圆 弧弧 法法瑞典圆弧法瑞典圆弧法简化毕肖普法简化毕肖普法讨论与分析讨论与分析 最小安全系数确定最小安全系数确定 坝坡稳定计算坝坡稳定计算:刚体极限平衡法。极限平衡稳定分析时，刚体极限平衡法。极限平衡稳定分析时，按滑动面形状分
5、圆弧法和滑楔法两种。按滑动面形状分圆弧法和滑楔法两种。四、坝坡稳定分析方法四、坝坡稳定分析方法滑楔法滑楔法无粘性土坝坡无粘性土坝坡稳定计算稳定计算斜墙与保护层一起斜墙与保护层一起滑动的稳定计算滑动的稳定计算复合滑动面的复合滑动面的坝坡稳定计算坝坡稳定计算第11页，共85页，编辑于2022年，星期五 1 1圆弧法圆弧法 圆圆弧弧法法是是假假定定坝坝坡坡滑滑动动面面为为一一圆圆弧弧，取取圆圆弧弧面面以以上上土土体体作作为为分分析析对对象象。常常用用于于均均质质坝坝、厚厚心心墙墙坝坝和和厚厚斜斜墙墙坝坝；圆圆弧弧法法由由瑞瑞典典人人彼彼得得森森提提出出，故故称称瑞瑞典典圆圆弧弧法法。该该法法把把分分
6、滑滑动动体体分分若若干干土土条条，不不考考虑虑土土条条间间的的作作用用力力，把把滑滑动动土土体体相相对对圆圆弧弧圆圆心心的的总总阻阻滑滑力力矩矩MrMr与与总总滑滑动动力力矩矩MTMT的的比比值值定定义义为为坝坝坡坡稳稳定定安安全全系系数数。后后来来，毕肖普提出考虑用毕肖普提出考虑用 。第12页，共85页，编辑于2022年，星期五(1(1）瑞典圆弧法）瑞典圆弧法图图3-143-14表表示示一一均均质质坝坝坡坡滑滑动动面面和和其其中中任任一一土土条条的的作作用用力力，为为土土条条自自重重；及及分分别别表表示示作作用用在在土土条条底底部部的的法法向向反反力力和和切切向阻力。向阻力。由毕肖普对安全系
7、数的定义，对滑动体进行分条。由毕肖普对安全系数的定义，对滑动体进行分条。然后将各力向土条底部中心简化：计算极限平衡状态时阻滑然后将各力向土条底部中心简化：计算极限平衡状态时阻滑力与滑动力比值力与滑动力比值 K:K:SL274-2001SL274-2001新规范的公式见新规范的公式见P159160P159160第13页，共85页，编辑于2022年，星期五图图3-143-14表示一均质坝坡滑动面和其中任一土条的作用表示一均质坝坡滑动面和其中任一土条的作用力，为土条自重；及分别表示作用在土条底部的法向力，为土条自重；及分别表示作用在土条底部的法向反力和切向阻力。反力和切向阻力。第14页，共85页，编
8、辑于2022年，星期五计算时计算时:若采用若采用b=0.1Rb=0.1R，则、，则、sin1=0.1,cos1=(1-0.1)sin1=0.1,cos1=(1-0.1)在每个滑弧计算时均为固定值，可使计算工作简化。当端土条宽度时，可将该在每个滑弧计算时均为固定值，可使计算工作简化。当端土条宽度时，可将该土条的实际高度换算为等效高度土条的实际高度换算为等效高度h h（h=bh/bh=bh/b）进行计算。采用总应力法计）进行计算。采用总应力法计算时，可在公式（算时，可在公式（3-363-36）中令孔隙压力）中令孔隙压力u=0u=0，同时把，同时把 c c、换成总应力强度换成总应力强度指标即可导出用
9、总应力法计算的瑞典圆弧法公式指标即可导出用总应力法计算的瑞典圆弧法公式.瑞典圆弧法计算示意图第15页，共85页，编辑于2022年，星期五 (2)(2)简化毕肖普法简化毕肖普法如如图图3-153-15所所示示，图图中中E Ei i、E Ei+1i+1、X Xi i、X Xi+1i+1 分分别别表表示示土土条条两两侧侧的的法法向向力力和和切切向向力力，假假设设侧侧摩摩力力X Xi i、X Xi+1i+1 =0.=0.W W为为土土条条自自重重，N N、T T分分别别表表示示土土条条底底部部的的总总法法向向反反力力和和切切向向反反力力，其余符号见图中表示。其余符号见图中表示。图图3-15 3-15
10、简化毕肖普法简化毕肖普法第16页，共85页，编辑于2022年，星期五国内外广泛应用的简化毕肖普公式国内外广泛应用的简化毕肖普公式:式中式中：以上式中两端均含未知量以上式中两端均含未知量K K 值值,需采用迭代法或试算法求解。可需采用迭代法或试算法求解。可在计算机运算。采用手工试算时，一般可先假设在计算机运算。采用手工试算时，一般可先假设K=1K=1代入代入m maiai=k,=k,重复到相等重复到相等，第17页，共85页，编辑于2022年，星期五 (3(3）讨论与分析）讨论与分析 1 1）施工期计算）施工期计算计算时，施工期的土条重为实重。地下水位以上湿容重，计算时，施工期的土条重为实重。地下
11、水位以上湿容重，以下为浮容重。以下为浮容重。2 2）稳定渗流期计算）稳定渗流期计算稳定渗流期应采用有效应力法计算。式中的土条容重：浸润线稳定渗流期应采用有效应力法计算。式中的土条容重：浸润线至下游水位之间用饱和容重。至下游水位之间用饱和容重。3 3）库水位降落期计算）库水位降落期计算粘性土在库水位降落期可用总应力法计算。粘性土在库水位降落期可用总应力法计算。四、坝坡稳定分析方法四、坝坡稳定分析方法第18页，共85页，编辑于2022年，星期五 (4(4）最小安全系数确定（略）最小安全系数确定（略）最小安全系数的滑动面需反复试算才能确定。粘性土由于最小安全系数的滑动面需反复试算才能确定。粘性土由于
12、其土粒间具有粘聚性，滑动面切入坝体或坝基一般都比其土粒间具有粘聚性，滑动面切入坝体或坝基一般都比较深；无粘性土则切入较浅。对于均质（包括粘性或无较深；无粘性土则切入较浅。对于均质（包括粘性或无粘性）的简单坝坡，可认为最小安全系数对应的滑动面粘性）的简单坝坡，可认为最小安全系数对应的滑动面圆心在坝坡中点上方一封闭的曲线形范围内（如图圆心在坝坡中点上方一封闭的曲线形范围内（如图3-183-18），而且只有一个极小值点。对于非均质多土层），而且只有一个极小值点。对于非均质多土层（各层土料性质不同）的复杂坝坡，则存在着多极（各层土料性质不同）的复杂坝坡，则存在着多极值问题。下面以瑞典圆弧法为例介绍均质
13、单层土料值问题。下面以瑞典圆弧法为例介绍均质单层土料坝坡寻找最小安全系数的试算方法。坝坡寻找最小安全系数的试算方法。第19页，共85页，编辑于2022年，星期五 最小安全系数试算最小安全系数试算第一步，设坝脚第一步，设坝脚 B1B1点为滑出点，在点为滑出点，在egeg线上任拟三点线上任拟三点O1O1、O2O2、O3O3为圆心，分别画出通过为圆心，分别画出通过B B1 1点的三个弧形滑动面计算点的三个弧形滑动面计算k k值，并按比例标在对应的圆心位置上，连成曲线，从中找值，并按比例标在对应的圆心位置上，连成曲线，从中找出最小值出最小值K K的位置的位置O O点。点。第二步，通过第二步，通过O O
14、点取点取egeg线的垂线线的垂线NNNN线，在线，在NNNN线上任取线上任取三圆心三圆心O4O4、O5O5、O6O6，仿照第一步的方法，从中求出最，仿照第一步的方法，从中求出最小安全系数小安全系数K K1 1。可认为，该系数即为通过。可认为，该系数即为通过B1B1点的最小安全点的最小安全系数。系数。第三步，根据坝基土质情况，在坝坡或坡外再选第三步，根据坝基土质情况，在坝坡或坡外再选B B2 2、B B3 3点为坝坡滑出点，重复第一、第二步骤，又可分别求点为坝坡滑出点，重复第一、第二步骤，又可分别求出对应于出对应于B B2 2、B B3 3点的最小安全系数点的最小安全系数K2K2、K K3 3。
15、第四步，把第四步，把K K1 1、K K2 2、K K3 3 按比例标在对应的位置上，连成曲按比例标在对应的位置上，连成曲线，从中求出的线，从中求出的k k值即可认为是坝坡的最小安全系数值即可认为是坝坡的最小安全系数k kminmin。第20页，共85页，编辑于2022年，星期五 2 2滑楔法滑楔法无粘性土坝坡，如心墙坝的上、下游坝坡、斜墙坝的下无粘性土坝坡，如心墙坝的上、下游坝坡、斜墙坝的下游坝坡或上游保护层以及保护层与斜墙等可能形成折线游坝坡或上游保护层以及保护层与斜墙等可能形成折线形滑动面。稳定分析时可按滑楔法计算。对厚斜墙坝和形滑动面。稳定分析时可按滑楔法计算。对厚斜墙坝和厚心墙坝还应
16、按圆弧法校核。图厚心墙坝还应按圆弧法校核。图 3-19 3-19 按滑楔法计算时，常将滑动体以折点为界分为若干滑楔。滑按滑楔法计算时，常将滑动体以折点为界分为若干滑楔。滑楔间的相互作用力方向一般按两种方向拟定：一种是水平方楔间的相互作用力方向一般按两种方向拟定：一种是水平方向；另一种是平行于滑动斜面，前者计算的稳定安全系数比向；另一种是平行于滑动斜面，前者计算的稳定安全系数比后者小。因此，假定滑楔间作用力的方向不同，对稳定安全后者小。因此，假定滑楔间作用力的方向不同，对稳定安全系数的要求也不同。系数的要求也不同。第21页，共85页，编辑于2022年，星期五 (1(1）无粘性土坝坡稳定计算）无粘
17、性土坝坡稳定计算以图以图3-193-19所示的心墙坝上游坝坡为例，假设任一滑动所示的心墙坝上游坝坡为例，假设任一滑动面面ADCADC，折点，折点D D在坡外水位附近，一般取在坡外水位附近，一般取1/31/3上游水位上游水位附近。将滑动土体分为附近。将滑动土体分为BCDEBCDE和和ADEADE两块，重量分别为两块，重量分别为W W1 1、W W2 2，抗剪强度指标分别为，抗剪强度指标分别为1 1、2 2。滑楔间假设作用力。滑楔间假设作用力P1P1按平行按平行CDCD面，则面，则BCDEBCDE和和ADEADE滑块的极限平衡方程式滑块的极限平衡方程式为为:联解两式可求出安全系数联解两式可求出安全
18、系数 K K 第22页，共85页，编辑于2022年，星期五解：首先固定水位在解：首先固定水位在12.0m12.0m，取滑动面折点，取滑动面折点D D设在与上游水设在与上游水位附近，假设位附近，假设1 1=40=40 度，度，2 2=14=14度，作出滑动面度，作出滑动面ADEADE。取。取D D点垂线将滑动土体分为点垂线将滑动土体分为DCEDCE和和ADCADC两条块，条块间相互作两条块，条块间相互作用力按平行用力按平行EDED面方向假定，并计算两条块土重分别为面方向假定，并计算两条块土重分别为W W1 1=5552.3KN=5552.3KN；W W2 2=16836.1KN(=16836.1
19、KN(水上部分取湿重，水下部分水上部分取湿重，水下部分取浮重取浮重)。把。把1 1、2 2、tgtg1 1、tgtg2 2代入式（代入式（3-343-34）和）和（3-353-35）可得：）可得：联解得：联解得：K=1.98K=1.98 四、坝坡稳定分析方法四、坝坡稳定分析方法第23页，共85页，编辑于2022年，星期五 (2(2）斜墙与保护层一起滑动的稳定计算）斜墙与保护层一起滑动的稳定计算斜墙与坝体接触面，是两种抗剪强度不同土料的接触斜墙与坝体接触面，是两种抗剪强度不同土料的接触面。计算时，应计算两种情况：一是保护层沿斜墙表面。计算时，应计算两种情况：一是保护层沿斜墙表面滑动，二是斜墙与保
20、护层一起沿斜墙底面滑动。前面滑动，二是斜墙与保护层一起沿斜墙底面滑动。前者可按无粘性土坝坡计算，后者按如下方法计算。者可按无粘性土坝坡计算，后者按如下方法计算。第24页，共85页，编辑于2022年，星期五 (3)(3)复合滑动面的坝坡稳定计算复合滑动面的坝坡稳定计算如图如图3-243-24所示，坝坡的任一滑动面所示，坝坡的任一滑动面abcdabcd，其中，其中abab、cdcd为圆为圆弧滑动面。分析的思路是将滑动体分为三个区域，土弧滑动面。分析的思路是将滑动体分为三个区域，土块块abfabf的推动力为，的推动力为，cdecde的阻滑力为，分别作用在的阻滑力为，分别作用在fbfb和和ecec面上
21、，土块面上，土块bcefbcef产生的阻滑力为，作用在产生的阻滑力为，作用在bcbc面上，建面上，建立稳定极限平衡方程式为立稳定极限平衡方程式为:第25页，共85页，编辑于2022年，星期五第五节第五节 土料选择与填土标准确定土料选择与填土标准确定一、筑坝材料选择一、筑坝材料选择二、土料填筑标准的确定二、土料填筑标准的确定第26页，共85页，编辑于2022年，星期五 坝址附近各种天然土石料和枢纽建筑物开挖料的性质、坝址附近各种天然土石料和枢纽建筑物开挖料的性质、种类、储量、运距等因素。种类、储量、运距等因素。1 1筑坝土石料选择的原则筑坝土石料选择的原则 选择筑坝土石料应遵循下列原则：选择筑坝
22、土石料应遵循下列原则：（1 1）具有（或经加工后具有）与其使用目的相适应的工程特性）具有（或经加工后具有）与其使用目的相适应的工程特性和长期稳定性；和长期稳定性；（2 2）就地、就近取材，减少弃料，少占或农田，并优）就地、就近取材，减少弃料，少占或农田，并优先考虑利用枢纽建筑物开挖弃料；先考虑利用枢纽建筑物开挖弃料；（3 3）便于开采、运输和压实。）便于开采、运输和压实。第五节第五节 土料选择与填土标准确定土料选择与填土标准确定一、筑坝材料选择一、筑坝材料选择第27页，共85页，编辑于2022年，星期五2 2坝体不同部位对土石料的要求坝体不同部位对土石料的要求 土石坝材料的选用范围越来越广泛。
23、风化料、软岩、土石坝材料的选用范围越来越广泛。风化料、软岩、砾石土均用于筑坝。砾石土均用于筑坝。（1 1）防渗体对土料的要求）防渗体对土料的要求:防渗土料用粘性土，防渗土料用粘性土，1)1)渗透系数要求：均质坝应不大于渗透系数要求：均质坝应不大于110110-4-4cm/scm/s，心墙，心墙和斜墙应不大于和斜墙应不大于110110-5-5cm/scm/s；2)2)水溶盐含量：均质坝、心墙坝应不大于水溶盐含量：均质坝、心墙坝应不大于3%3%；3)3)有机质含量（按质量计）：均质坝应不大于有机质含量（按质量计）：均质坝应不大于5%5%，心墙，心墙和斜墙应不大于和斜墙应不大于2%2%；4)4)具有
24、较好的塑性和稳定性；具有较好的塑性和稳定性；5)5)浸水与失水时体积变化较小。浸水与失水时体积变化较小。第28页，共85页，编辑于2022年，星期五对冲积粘土、膨胀土，开挖、冻土和分散性粘土不宜作为防渗对冲积粘土、膨胀土，开挖、冻土和分散性粘土不宜作为防渗体的填筑土料。体的填筑土料。红粘土、湿陷性黄土、砾石土可用于防渗体。红粘土、湿陷性黄土、砾石土可用于防渗体。（2 2）坝壳土石料的要求）坝壳土石料的要求p坝壳土石料应满足排水性能好、抗剪强度高、易压实和抗震稳坝壳土石料应满足排水性能好、抗剪强度高、易压实和抗震稳定性良好的要求。定性良好的要求。p 料场开采和坝区开挖的砂、砾石、卵石、石料和风化
25、料及料场开采和坝区开挖的砂、砾石、卵石、石料和风化料及砾石均可作为坝壳的填筑材料。砾石均可作为坝壳的填筑材料。p 均匀中细砂只能用于中、低坝坝壳浸润线以上的干燥均匀中细砂只能用于中、低坝坝壳浸润线以上的干燥区，高坝和地震区不宜采用这种土料。区，高坝和地震区不宜采用这种土料。p 下游坝壳应采用透水性能良好的土石料填筑。下游坝壳应采用透水性能良好的土石料填筑。对软化系数低，不能压碎成砾石土的风化石料和软岩宜对软化系数低，不能压碎成砾石土的风化石料和软岩宜在坝壳的干燥区填筑在坝壳的干燥区填筑。第29页，共85页，编辑于2022年，星期五 （3 3）反滤层、过渡层和排水体的要求：）反滤层、过渡层和排水
26、体的要求：1 1）质地致密、抗水性和抗风化性能满足工程运用的技术）质地致密、抗水性和抗风化性能满足工程运用的技术要求；要求；2 2）具有符合使用要求的级配和透水性；）具有符合使用要求的级配和透水性；3 3）反滤料和排水体料中粒径小于）反滤料和排水体料中粒径小于0.0075mm0.0075mm的颗粒含量应的颗粒含量应不超过不超过5%5%。反滤料可利用天然或经过筛选的砂砾石料，也可采用块石、反滤料可利用天然或经过筛选的砂砾石料，也可采用块石、砾石轧制，或采用天然和轧制的混合料。砾石轧制，或采用天然和轧制的混合料。IIIVIIIV级低坝经论级低坝经论证可采用土工布作为反滤料。证可采用土工布作为反滤料
27、。第30页，共85页，编辑于2022年，星期五 土料的填筑标准：较高密实度、均匀性、强度和较土料的填筑标准：较高密实度、均匀性、强度和较小的压缩性，在满足渗流条件和坝坡稳定要求下，小的压缩性，在满足渗流条件和坝坡稳定要求下，取得经济合理的坝体剖面。取得经济合理的坝体剖面。确定填筑标准时，应考虑下列因素：确定填筑标准时，应考虑下列因素：坝高、坝型、坝的级别和坝的不同部位；坝高、坝型、坝的级别和坝的不同部位；坝体填料特性：土石料的压实特性、参数坝体填料特性：土石料的压实特性、参数 坝基土的强度和压缩性；坝基土的强度和压缩性；当地气候、设计地震烈度和其他影响；当地气候、设计地震烈度和其他影响；采用的
28、压实机具、施工难易程度；采用的压实机具、施工难易程度；不同填筑标准对造价的影响。不同填筑标准对造价的影响。二、土料填筑标准的确定二、土料填筑标准的确定第31页，共85页，编辑于2022年，星期五 1 1粘性土的填筑标准粘性土的填筑标准我国碾压式土石坝设计规范（我国碾压式土石坝设计规范（SL2742001SL2742001）对粘）对粘性土的填筑标准作出如下规定性土的填筑标准作出如下规定 粘性土的填筑标准以压实度和最优含水率作为控制指标粘性土的填筑标准以压实度和最优含水率作为控制指标:设计干容重应以击实最大干容重乘以压实度确定设计干容重应以击实最大干容重乘以压实度确定:d:d=P=Pmaxmax对
29、于对于I I、IIII级坝和高坝的压实度级坝和高坝的压实度P P应取应取98%98%100%100%，IIIIIIV V级坝和中、低坝应取级坝和中、低坝应取0.950.950.980.98，V V级坝和低坝取小值，级坝和低坝取小值，设计地震烈度为设计地震烈度为8 89 9度时取最大值。度时取最大值。对混凝土防渗墙顶部的高塑性土、湿陷性黄土，需根据对混凝土防渗墙顶部的高塑性土、湿陷性黄土，需根据工程实际情况确定合适的压实度工程实际情况确定合适的压实度.第32页，共85页，编辑于2022年，星期五 2 2砂和砾石的填筑标准砂和砾石的填筑标准 对砂、砂砾石等，通过击实可提高其抗剪强度和减小压缩性、对
30、砂、砂砾石等，通过击实可提高其抗剪强度和减小压缩性、防止液化。防止液化。试验表明：砂砾的压实与级配和压实功有关；填筑标准应以试验表明：砂砾的压实与级配和压实功有关；填筑标准应以相对密度为设计控制指标。相对密度为设计控制指标。对于砂料，相对密度不应低于对于砂料，相对密度不应低于0.70.7，反滤料宜为，反滤料宜为0.70.7，砂砾石，砂砾石不应低于不应低于0.750.75。对于砂砾石，根据室内结果整理出级配干容重相对对于砂砾石，根据室内结果整理出级配干容重相对密度关系，以便现场挖坑取样检查。密度关系，以便现场挖坑取样检查。对于堆石料，宜用孔隙率为设计控制指标，孔隙率宜取对于堆石料，宜用孔隙率为设
31、计控制指标，孔隙率宜取0.2%0.2%28%28%。第33页，共85页，编辑于2022年，星期五第六节第六节 土石坝的地基处理土石坝的地基处理 土石坝的地基处理的目的土石坝的地基处理的目的一、砂砾石地基处理一、砂砾石地基处理二、软土地基处理二、软土地基处理第34页，共85页，编辑于2022年，星期五土石坝优点之一是对地基适应能力较强，在各类地基上土石坝优点之一是对地基适应能力较强，在各类地基上都可建造土石坝。都可建造土石坝。资料表明资料表明:土石坝有土石坝有40%40%是因地基失事的。是因地基失事的。土石坝的地基处理的目的土石坝的地基处理的目的：控制渗流，要求处理后的地基不产生渗透变形和降低控
32、制渗流，要求处理后的地基不产生渗透变形和降低坝体浸润线，坝坡和坝基在各种情况下均要渗透稳定，坝体浸润线，坝坡和坝基在各种情况下均要渗透稳定，渗流量在允许的范围内；渗流量在允许的范围内；控制稳定，处理使坝基具有足够的强度，不致因坝基控制稳定，处理使坝基具有足够的强度，不致因坝基产生滑坡，软土层不致被挤出，砂土层不发生液化等；产生滑坡，软土层不致被挤出，砂土层不发生液化等；控制变形，要求沉降量和不均匀沉降控制在允许的范围控制变形，要求沉降量和不均匀沉降控制在允许的范围内（竣工后，不应大于坝高的内（竣工后，不应大于坝高的1%1%），以免影响坝的正常运），以免影响坝的正常运行。行。土石坝的地基处理的目
33、的土石坝的地基处理的目的第35页，共85页，编辑于2022年，星期五第六节第六节 土石坝的地基处理土石坝的地基处理 一、砂砾石地基处理一、砂砾石地基处理1 1垂直截渗措施垂直截渗措施 2 2水平防渗铺盖水平防渗铺盖3 3排水减压措施排水减压措施第36页，共85页，编辑于2022年，星期五1 1垂直截渗措施垂直截渗措施（1 1）粘土截水槽粘土截水槽 （2 2）混凝土防渗墙混凝土防渗墙（3 3）灌浆帷幕灌浆帷幕第六节第六节 土石坝的地基处理土石坝的地基处理 第37页，共85页，编辑于2022年，星期五 一、砂砾石地基处理一、砂砾石地基处理1 1垂直截渗措施垂直截渗措施明挖回填粘土成截水槽明挖回填粘
34、土成截水槽,结构简单、工作可靠、截渗效果好的结构简单、工作可靠、截渗效果好的防渗措施防渗措施.适用适用:砂砾土层深度在砂砾土层深度在15m15m以内。以内。位置位置:一般设在大坝防渗体的底部（均质坝则多设在靠上游一般设在大坝防渗体的底部（均质坝则多设在靠上游1/31/31/21/2坝底宽处），横贯整个河床并伸到两岸坝底宽处），横贯整个河床并伸到两岸尺寸尺寸:截水墙的底宽，应按回填土料的允许比降确定（砂壤截水墙的底宽，应按回填土料的允许比降确定（砂壤土取土取3.03.0，壤土，壤土3.03.05.05.0，粘土，粘土5.05.010.010.0），一般取），一般取5m10m5m10m，最小宽度，
35、最小宽度3.0m3.0m。插入相对不透层的深度应不小于插入相对不透层的深度应不小于0.50.51.0m1.0m（1 1）粘土截水槽）粘土截水槽第38页，共85页，编辑于2022年，星期五第39页，共85页，编辑于2022年，星期五第40页，共85页，编辑于2022年，星期五第41页，共85页，编辑于2022年，星期五适用适用:砂砾石层深度在砂砾石层深度在151580m80m，高效经济的。，高效经济的。优点优点:施工进度快，造价较低，防渗效果好。施工进度快，造价较低，防渗效果好。尺寸尺寸:厚度由坝高和防渗墙的允许渗透比降、墙体溶蚀速度和厚度由坝高和防渗墙的允许渗透比降、墙体溶蚀速度和施工条件等因
36、素确定施工条件等因素确定.据经验，一般允许比降以据经验，一般允许比降以8080100100为宜，为宜，并由最大工作水头除以允许比降校核墙的厚度。并由最大工作水头除以允许比降校核墙的厚度。从混凝土溶蚀速度考虑，其在渗水作用下带走游离氧化从混凝土溶蚀速度考虑，其在渗水作用下带走游离氧化钙而使强度降低，渗透性增加，因此，可按其强度钙而使强度降低，渗透性增加，因此，可按其强度50%50%的的年限审核墙体厚度。年限审核墙体厚度。从施工和坝高考虑，用冲击钻造孔，从施工和坝高考虑，用冲击钻造孔，1.3m1.3m直径钻具最直径钻具最大，一般将墙体厚度控制在大，一般将墙体厚度控制在0.60.61.3m1.3m的
37、范围内。的范围内。（2）混凝土防渗墙）混凝土防渗墙第42页，共85页，编辑于2022年，星期五第43页，共85页，编辑于2022年，星期五第44页，共85页，编辑于2022年，星期五第45页，共85页，编辑于2022年，星期五第46页，共85页，编辑于2022年，星期五第47页，共85页，编辑于2022年，星期五第48页，共85页，编辑于2022年，星期五第49页，共85页，编辑于2022年，星期五第50页，共85页，编辑于2022年，星期五第51页，共85页，编辑于2022年，星期五防渗墙顶部和底部是防渗的薄弱部位，应慎重处理。防渗墙顶部和底部是防渗的薄弱部位，应慎重处理。防渗墙墙顶应做成光
38、滑的楔形，插入土质防渗体的深防渗墙墙顶应做成光滑的楔形，插入土质防渗体的深度为度为1/101/10坝高；低坝应不小于坝高；低坝应不小于2.0m2.0m，并在墙顶填筑含，并在墙顶填筑含水率大于最优含水率的高塑性土区。墙底应嵌入基岩水率大于最优含水率的高塑性土区。墙底应嵌入基岩0.50.51.0m1.0m。高坝深砂砾石层防渗墙，应分析核算墙的应力，为选择混高坝深砂砾石层防渗墙，应分析核算墙的应力，为选择混凝土的强度提供依据。凝土的强度提供依据。具有足够的抗渗性和耐久性，为此可在混凝土内掺入具有足够的抗渗性和耐久性，为此可在混凝土内掺入适量的粘土、粉煤灰及其他外加剂。为了保证防渗墙适量的粘土、粉煤灰
39、及其他外加剂。为了保证防渗墙的施工质量，对高坝深砂砾石层的混凝土防渗墙、宜的施工质量，对高坝深砂砾石层的混凝土防渗墙、宜采用钻孔、物探等方法做强度和渗透性的质量检查。采用钻孔、物探等方法做强度和渗透性的质量检查。第52页，共85页，编辑于2022年，星期五 当砂砾石层很深或采用其他防渗截水措施不可行时，可采用当砂砾石层很深或采用其他防渗截水措施不可行时，可采用灌浆帷幕，或在深层灌浆帷幕，上层粘土截水墙或混凝土防渗灌浆帷幕，或在深层灌浆帷幕，上层粘土截水墙或混凝土防渗墙等方法截渗。墙等方法截渗。在灌浆前，先对地基的可灌性和可灌何种料浆进行评估，可在灌浆前，先对地基的可灌性和可灌何种料浆进行评估，
40、可灌性应通过室内及现场试验确定。灌性应通过室内及现场试验确定。1 1）可灌比）可灌比M M d d8585灌注材料中小于其总土重的灌注材料中小于其总土重的85%85%所对应的粒径，所对应的粒径，mmmm。当当M M1515时时,可灌水泥浆；可灌水泥浆；M M1010时可灌水泥粘土浆时可灌水泥粘土浆D D1515受灌地层中小于总土重的受灌地层中小于总土重的15%15%所对应的粒径，所对应的粒径，mmmm （3）灌浆帷幕）灌浆帷幕第53页，共85页，编辑于2022年，星期五2 2）渗透系数）渗透系数 除了以可灌比评价之外，也可用渗透系数进行评估。当地基的渗除了以可灌比评价之外，也可用渗透系数进行评
41、估。当地基的渗透系数透系数 10-1 cm/s 10-1 cm/s时灌水泥浆时灌水泥浆当地基的渗透系数当地基的渗透系数10-2 10-2 灌水泥粘土浆灌水泥粘土浆.所有的砂层和砂砾石层，均可用化学浆材。所有的砂层和砂砾石层，均可用化学浆材。帷幕厚度应根据大坝承受的工作水头和帷幕本身的渗透比降帷幕厚度应根据大坝承受的工作水头和帷幕本身的渗透比降确定，可按下式计算：确定，可按下式计算：渗透系数等于渗透系数等于10-4-10-3 10-4-10-3 可灌超细水泥浆可灌超细水泥浆.第54页，共85页，编辑于2022年，星期五第55页，共85页，编辑于2022年，星期五铺盖的作用是延长渗径，使渗漏损失和
42、渗流比降减小。铺盖的作用是延长渗径，使渗漏损失和渗流比降减小。当坝基透水层深厚，用其他防渗措施经济不合理时可考当坝基透水层深厚，用其他防渗措施经济不合理时可考虑。虑。特点特点:就地取材，施工简单，多用于中小工程。巴基斯坦的就地取材，施工简单，多用于中小工程。巴基斯坦的塔贝拉坝，坝高塔贝拉坝，坝高148m148m，用粘性土铺盖防渗，铺盖长，用粘性土铺盖防渗，铺盖长2.12km2.12km，最大厚度最大厚度12.8m12.8m，最小厚度，最小厚度4.5m4.5m，虽多次发生陷坑，最终是，虽多次发生陷坑，最终是成功的。成功的。粘性土防渗铺盖是从坝身防渗体向上游延伸，多用于粘性土防渗铺盖是从坝身防渗体
43、向上游延伸，多用于斜墙坝，如图斜墙坝，如图3-353-35所示。所示。2水平防渗铺盖水平防渗铺盖 第56页，共85页，编辑于2022年，星期五第57页，共85页，编辑于2022年，星期五尺寸确定尺寸确定:前端最小厚度可取前端最小厚度可取0.50.51.0m1.0m，任截面厚度由下式计算，任截面厚度由下式计算确定确定:铺盖的长度，主要取决于下卧土层的允许比降，国内已建铺盖的长度，主要取决于下卧土层的允许比降，国内已建工程，一般取设计水头的工程，一般取设计水头的4 46 6倍，个别工程最大取至倍，个别工程最大取至1111倍倍水头。水头。第58页，共85页，编辑于2022年，星期五 当用铺盖防渗时，
44、因其不能有效地拦截渗水，可当用铺盖防渗时，因其不能有效地拦截渗水，可引起坝下地层渗透变形或沼泽化。因此，采用铺盖引起坝下地层渗透变形或沼泽化。因此，采用铺盖防渗或采用其他措施防渗效果较差时，可在下游坝防渗或采用其他措施防渗效果较差时，可在下游坝脚或以外处配套设置排水减压措施，如图脚或以外处配套设置排水减压措施，如图5-365-36所示。所示。1)1)排水沟排水沟:对双层结构透水地基，可将表层挖穿做成对双层结构透水地基，可将表层挖穿做成反滤排水暗沟或明沟。反滤排水暗沟或明沟。2)2)减压井减压井:当表层弱透水层太厚或透水层成层性较显著时，当表层弱透水层太厚或透水层成层性较显著时，宜采用减压井深入
45、强透水层，将渗水导出，经排水沟排向宜采用减压井深入强透水层，将渗水导出，经排水沟排向下游。下游。3排水减压措施排水减压措施第59页，共85页，编辑于2022年，星期五减压井布置减压井布置:通常在靠近下游坝脚以外处并平行于坝轴线通常在靠近下游坝脚以外处并平行于坝轴线方向布置一排，井距一般为方向布置一排，井距一般为151530m30m。井径（内径）宜大。井径（内径）宜大于于150mm150mm。出口高程应尽量降低，一般比沟底高程高。出口高程应尽量降低，一般比沟底高程高0.30.30.5m0.5m。减压井构造减压井构造:由沉淀管、进水花管和导水管三部分组成，由沉淀管、进水花管和导水管三部分组成，渗水
46、由进水花管四周孔眼进入管内，经导水管顶面的出渗水由进水花管四周孔眼进入管内，经导水管顶面的出水口排入排水沟，进入管内的土粒则靠自身重量淤落沉水口排入排水沟，进入管内的土粒则靠自身重量淤落沉淀管内。进水花管可用石棉水泥管、无砂混凝土管等，淀管内。进水花管可用石棉水泥管、无砂混凝土管等，贯入强透水层的贯入强透水层的50%50%100%100%。进水花管孔眼可为条形或圆。进水花管孔眼可为条形或圆形，开孔率宜为形，开孔率宜为10%10%20%20%，管四周宜按反滤要求布置反，管四周宜按反滤要求布置反滤层或用土工布反滤。滤层或用土工布反滤。第60页，共85页，编辑于2022年，星期五第61页，共85页，
47、编辑于2022年，星期五第62页，共85页，编辑于2022年，星期五第63页，共85页，编辑于2022年，星期五 1 1细砂地基处理细砂地基处理 均匀饱和的细砂地基受振动时（遇地震时）极易液化，必均匀饱和的细砂地基受振动时（遇地震时）极易液化，必须进行处理。须进行处理。1)1)全部挖除全部挖除:当易液化地基厚度小且范围不广时。当易液化地基厚度小且范围不广时。2)2)振动压密振动压密:当挖除困难或很不经济时，可进行振动压当挖除困难或很不经济时，可进行振动压密或重锤夯实，其有效深度在密或重锤夯实，其有效深度在1 12m2m之间，如采用重之间，如采用重型振动碾，则可达型振动碾，则可达2 23m3m，
48、压实后土层可达中密或紧，压实后土层可达中密或紧密状态。密状态。3)3)振冲强夯振冲强夯:当易液化细砂地基厚度较深时，宜采用振冲当易液化细砂地基厚度较深时，宜采用振冲(碎碎石桩石桩)、强夯等方法加密。、强夯等方法加密。二、软土地基处理二、软土地基处理第64页，共85页，编辑于2022年，星期五沙井沙井第65页，共85页，编辑于2022年，星期五第66页，共85页，编辑于2022年，星期五第67页，共85页，编辑于2022年，星期五2 2淤泥地基处理淤泥地基处理淤泥地基含水率大，抗剪强度低，承载能力小，一般不适宜直淤泥地基含水率大，抗剪强度低，承载能力小，一般不适宜直接作为坝基，应进行处理。接作为
49、坝基，应进行处理。1)1)挖除挖除:当淤泥土层较浅和分布范围不广时；当淤泥土层较浅和分布范围不广时；2)2)压重法砂井排水法压重法砂井排水法:当淤泥层较深，挖除难和不经济时，当淤泥层较深，挖除难和不经济时，可采压重法或砂井排水法处理。可采压重法或砂井排水法处理。砂井尺寸砂井尺寸:直径为直径为303040cm40cm，井距约为（，井距约为（6 68 8）倍的井径，）倍的井径，深度应伸入至潜在最危险滑动面以下。砂井的施工是在地基深度应伸入至潜在最危险滑动面以下。砂井的施工是在地基中打入封底的钢管，拔管后回填粗粒砂、砾石料。中打入封底的钢管，拔管后回填粗粒砂、砾石料。作用作用:一方面是加密地基，另一
50、方面是通过砂井把地基一方面是加密地基，另一方面是通过砂井把地基土料的含水量从砂井中导出，从而加快地基固结，提高其土料的含水量从砂井中导出，从而加快地基固结，提高其承载力和抗剪强度。承载力和抗剪强度。第68页，共85页，编辑于2022年，星期五 3 3软粘性和淤泥地基处理软粘性和淤泥地基处理挖除挖除:软粘土地基土层较薄时宜全部挖除；软粘土地基土层较薄时宜全部挖除；砂井砂井:当软粘土层较厚、分布范围较广、全部挖除当软粘土层较厚、分布范围较广、全部挖除难度较大或不经济时，可将表面强度很低的部分挖难度较大或不经济时，可将表面强度很低的部分挖除，其余部分可用打砂井（同上）除，其余部分可用打砂井（同上）;